DE102015115961B4 - Process for the production of a monocrystalline SiC wafer - Google Patents

Process for the production of a monocrystalline SiC wafer Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers (100; 200; 300), umfassend:einen ersten Schritt, bei welchem eine einkristalline SiC-Schicht (12; 14) epitaktisch auf einem Siliziumwafer (10) gewachsen wird; undeinen zweiten Schritt, bei welchem der Siliziumwafer (10) entfernt wird, um einen durch die einkristalline SiC-Schicht (12; 14) gebildeten einkristallinen SiC-Wafer (100; 200; 300) zu erhalten,wobei der erste Schritt umfasst:Befestigen des Siliziumwafers (10) an einem Waferhaltetisch (45) in einer Kammer (41),Reduzieren des Drucks innerhalb der Kammer (41) und dann Einführen des Quellgases, welches Kohlenstoff und Silizium enthält, in die Kammer (41),danach Aufheizen des Siliziumwafers (10), undnach dem Aufheizen des Siliziumwafers (10), Anlegen einer negativen Pulsspannung an den Siliziumwafer (10), wobei die Pulsspannung 10 V oder mehr und 1 kV oder weniger beträgt, die Frequenz der Pulsspannung 10 Hz oder mehr und 10 kHz oder weniger ist und eine Pulsbreite der Pulsspannung 1 µs oder mehr und 1000 µs oder weniger ist, während die Temperatur des Siliziumwafers (10) bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts von Silizium gehalten wird, wodurch, während ein Plasma des Quellgases, welches Kohlenstoff und Silizium enthält, erzeugt wird, die Ionen in dem Plasma in Richtung des Siliziumwafers (10) beschleunigt werden und der Siliziumwafer (10) mit den beschleunigten Ionen bestrahlt wird, wobei ein Verhältnis der Beschleunigungsenergien der Siliziumionen und der Kohlenstoffionen 7:3 ist.A method for producing a monocrystalline SiC wafer (100; 200; 300), comprising: a first step in which a monocrystalline SiC layer (12; 14) is epitaxially grown on a silicon wafer (10); anda second step in which the silicon wafer (10) is removed to obtain a monocrystalline SiC wafer (100; 200; 300) formed by the monocrystalline SiC layer (12; 14), the first step comprising: attaching the Silicon wafer (10) on a wafer holding table (45) in a chamber (41), reducing the pressure inside the chamber (41) and then introducing the source gas, which contains carbon and silicon, into the chamber (41), then heating the silicon wafer ( 10), and after heating the silicon wafer (10), applying a negative pulse voltage to the silicon wafer (10), the pulse voltage being 10 V or more and 1 kV or less, the frequency of the pulse voltage being 10 Hz or more and 10 kHz or less and a pulse width of the pulse voltage is 1 µs or more and 1000 µs or less while the temperature of the silicon wafer (10) is kept at a temperature below the melting point of silicon, thereby causing a plasma of the source gas it, which contains carbon and silicon, is generated, the ions in the plasma are accelerated in the direction of the silicon wafer (10) and the silicon wafer (10) is irradiated with the accelerated ions, a ratio of the acceleration energies of the silicon ions and the carbon ions 7: 3 is.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Diese Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers.This disclosure relates to a method for manufacturing a single crystal SiC wafer.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Siliziumkarbide (SiC) beinhalten β-SiC mit einer Kristallstruktur vom kubischen Typ (auch bezeichnet als „3C-SiC“) und α-SiC mit einer Kristallstruktur vom hexagonalen Typ. Bei a-SiC existieren verschiedene Arten von Kristallstrukturisomeren vom 6H-, 4H- und 2H-Typ, abhängig von den unterschiedlichen Wiederholungsperiodizitäten der gestapelten Anordnung von Si und C. SiC weist eine große Bandlücke von 2,2 eV bis 3,3 eV auf, sodass erwartet wird, dass es als Halbleitermaterial für verschiedene Arten von Halbleiterbauteilen dienen kann.Silicon carbides (SiC) include β-SiC with a crystal structure of the cubic type (also referred to as "3C-SiC") and α-SiC with a crystal structure of the hexagonal type. In a-SiC there are different types of crystal structure isomers of 6H, 4H and 2H types, depending on the different repetition periodicities of the stacked arrangement of Si and C. SiC has a large band gap of 2.2 eV to 3.3 eV, so it is expected to serve as a semiconductor material for various kinds of semiconductor devices.

Jedoch begrenzen Techniken, bei welchen ein einkristalliner SiC-Ingot durch ein Sublimationsverfahren oder das Czochralski-Verfahren gewachsen und einkristalline SiC-Wafer aus dem Ingot geschnitten werden, den Waferdurchmesser derzeit auf 150 mm oder weniger, und es können keine größeren Durchmesser erreicht werden. Dies liegt daran, dass die in einem SiC-Ingot erzeugte thermische Verspannung höher ist als bei einem Si-Ingot, was zu einer Verformung des Ingots mit einem großen Durchmesser führt. Folglich wurden einkristalline SiC-Wafer mit einem großen Durchmesser von beispielsweise 200 mm oder 300 mm noch nicht in den praktischen Gebrauch aufgenommen.However, techniques in which a SiC single crystal ingot is grown by a sublimation method or the Czochralski method and SiC single crystal wafers are cut from the ingot currently limit the wafer diameter to 150 mm or less, and larger diameters cannot be achieved. This is because the thermal stress generated in an SiC ingot is higher than that of an Si ingot, which leads to deformation of the ingot with a large diameter. As a result, SiC single crystal wafers having a large diameter of, for example, 200 mm or 300 mm have not yet been put into practical use.

Es wurden Techniken untersucht, bei welchen eine einkristalline SiC-Schicht epitaktisch auf einem Siliziumwafer gewachsen wird, wodurch ein Durchmesser von 300 mm oder mehr erreicht wurde. Allgemein ist im Hinblick auf die Kristallwachstumstemperatur von SiC eine Temperatur von 1500 °C oder mehr für a-SiC und 1300 °C oder mehr für β-SiC erforderlich. Aus diesem Grund kann einkristallines α-SiC nicht durch einen typischen CVD-Prozess (CVD: „Chemical Vapor Deposition“ bzw. Chemische Dampfphasenabscheidung) direkt epitaktisch auf einem Siliziumwafer gewachsen werden, welcher einen Schmelzpunkt von 1414 °C aufweist. Obwohl β-SiC bei einer Temperatur von kleiner oder gleich dem Schmelzpunkt von Silizium epitaktisch gewachsen werden kann, liegt die Temperatur nahe an dem Schmelzpunkt. Folglich diffundieren Siliziumatome in dem Siliziumwafer während des epitaktischen Wachstums leicht in die SiC-Schicht, und Fehlstellen bilden sich in der Nähe des Übergangs, was zu einer schlechten Kristallinität führt.Techniques have been investigated in which a single crystal SiC layer is epitaxially grown on a silicon wafer, whereby a diameter of 300 mm or more has been achieved. Generally, in view of the crystal growth temperature of SiC, a temperature of 1500 ° C. or more is required for a-SiC and 1300 ° C. or more for β-SiC. For this reason, monocrystalline α-SiC cannot be grown directly epitaxially on a silicon wafer, which has a melting point of 1414 ° C, by a typical CVD process (CVD: “Chemical Vapor Deposition” or chemical vapor phase deposition). Although β-SiC can be epitaxially grown at a temperature less than or equal to the melting point of silicon, the temperature is close to the melting point. As a result, silicon atoms in the silicon wafer easily diffuse into the SiC layer during epitaxial growth and voids are formed in the vicinity of the junction, resulting in poor crystallinity.

Die JP S59-203799 A offenbart ein Verfahren, bei welchem ein polykristalline oder amorphe SiC-Schicht als Pufferschicht durch einen Niedrigtemperatur-CVD-Prozess, bei welchem die Temperatur des Siliziumwafers ungefähr 1050 °C beträgt, ausgebildet wird und dann eine einkristalline β-SiC-Schicht auf der SiC-Schicht gewachsen wird, wobei die Temperatur des Siliziumwafers ungefähr 1350 °C beträgt. Mit der Erkenntnis, dass es bei 1250 °C oder mehr schwer ist, eine einkristalline β-SiC-Schicht direkt auf einem Siliziumwafer auszubilden, offenbart die JP H07-312347 A ein Verfahren, bei welchem zuerst eine SiC-Schicht als Pufferschicht ausgebildet wird, indem ein Oberflächenabschnitt eines Siliziumwafers mit einem Plasma eines kohlenstoffbasierten Gases bei einer niedrigen Temperatur von 200°C karbonisiert wird und dann eine einkristalline β-SiC-Schicht durch Dampfphasenepitaxie auf der SiC-Schicht gewachsen wird, wobei die Temperatur des Siliziumwafers 1200 °C beträgt.The JP S59-203799 A discloses a method in which a polycrystalline or amorphous SiC layer is formed as a buffer layer by a low-temperature CVD process in which the temperature of the silicon wafer is approximately 1050 ° C., and then a monocrystalline β-SiC layer is formed on the SiC Layer is grown, the temperature of the silicon wafer being approximately 1350 ° C. With the knowledge that it is difficult at 1250 ° C. or more to form a single-crystal β-SiC layer directly on a silicon wafer, US Pat JP H07-312347 A a method in which a SiC layer is first formed as a buffer layer by carbonizing a surface portion of a silicon wafer with a plasma of a carbon-based gas at a low temperature of 200 ° C, and then a single crystal β-SiC layer is formed on the SiC by vapor phase epitaxy -Layer is grown, wherein the temperature of the silicon wafer is 1200 ° C.

Weitere Verfahren zur Abscheidung von SiC-Schichten auf Si-Substraten sind aus der JP 2004 - 307253 A , der WO 88/04333 A1 , der US 5 225 032 A , der US 2002/0096104 A1 und der US 2009/0014756 A1 bekannt. Die DE 41 09 005 C1 beschreibt, dass eine SiC-Schicht von einer Substratschicht getrennt werden kann. Die DE 36 13 012 A1 beschreibt eine Abscheidung von α-SiC auf einer β-SiC-Schicht.Further methods for the deposition of SiC layers on Si substrates are from JP 2004 - 307253 A , of the WO 88/04333 A1 , of the U.S. 5,225,032 A , of the US 2002/0096104 A1 and the US 2009/0014756 A1 known. The DE 41 09 005 C1 describes that a SiC layer can be separated from a substrate layer. The DE 36 13 012 A1 describes a deposition of α-SiC on a β-SiC layer.

Technisches ProblemTechnical problem

Bei den oben genannten Techniken wird eine einkristalline β-SiC-Schicht auf einem Siliziumwafer mit einer Pufferschicht dazwischen ausgebildet, und die einkristalline β-SiC-Schicht wird nicht direkt auf Silizium ausgebildet. Daher ist ein Schritt zur Ausbildung einer Pufferschicht erforderlich, was den Herstellungsprozess verkompliziert. Da darüber hinaus die bei der JP S59-203799 A ausgebildete Pufferschicht polykristallin oder amorph ist, kann für die auf der Pufferschicht ausgebildete einkristalline SiC-Schicht eine schlechte Kristallinität erwartet werden. Darüber hinaus kann bei einer Karbonisierung bei einer niedrigen Temperatur wie in der JP H07-312347 A beschrieben, die Siliziumwaferoberfläche nicht hinreichend modifiziert werden, was zu der Ausbildung von Defekten wie Versetzungen führt. Folglich kann für die auf einer solchen Pufferschicht ausgebildete einkristalline SiC-Schicht ebenfalls eine schlechte Kristallinität erwartet werden.In the above techniques, a single crystal β-SiC layer is formed on a silicon wafer with a buffer layer therebetween, and the single crystal β-SiC layer is not formed directly on silicon. Therefore, a step of forming a buffer layer is required, which complicates the manufacturing process. In addition, since the JP S59-203799 A If the buffer layer formed is polycrystalline or amorphous, the monocrystalline SiC layer formed on the buffer layer can be expected to have poor crystallinity. In addition, when carbonated at a low temperature as in the JP H07-312347 A described, the silicon wafer surface is not sufficiently modified, resulting in the Formation of defects such as dislocations leads. Consequently, the monocrystalline SiC layer formed on such a buffer layer can also be expected to have poor crystallinity.

Angesichts der obigen Probleme wäre es daher hilfreich, ein Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers bereitzustellen, welches für Wafer mit einem größeren Durchmesser geeignet ist und es ermöglicht, einen einkristallinen SiC-Wafer mit einer hohen Kristallinität zu erhalten.In view of the above problems, therefore, it would be helpful to provide a method for manufacturing a single crystal SiC wafer which is suitable for wafers having a larger diameter and which enables a single crystal SiC wafer having a high crystallinity to be obtained.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Um dieses Problem zu lösen, ist eine Technik erforderlich, bei welcher eine einkristalline SiC-Schicht hoher Kristallinität epitaktisch auf einem Siliziumwafer gewachsen werden kann, selbst wenn die Temperatur des Siliziumwafers niedriger ist als der Schmelzpunkt von Silizium. Die zum epitaktischen Wachsen von einkristallinem β-SiC erforderliche Energie muss dem Reaktionsfeld des Siliziumwafers zugeführt werden. Wenn die Temperatur des Siliziumwafers niedriger als der Schmelzpunkt ist, kann typischerweise keine einkristalline SiC-Schicht gewachsen werden. Selbst wenn eine einkristalline SiC-Schicht unter Verwendung einer Technik zur Ausbildung einer Pufferschicht wie oben erwähnt gewachsen werden kann, ist typischerweise die Kristallinität schlecht. Diesbezüglich beruht die erfindungsgemäße Lösung darauf, die zum epitaktischen Wachsen von einkristallinem β-SiC erforderliche Energie dem Reaktionsfeld nicht nur in Form von Wärme eines Siliziumwafers zuzuführen, sondern auch indem ein Quellgas in Form von Ionen in Richtung des Siliziumwafers beschleunigt wird und der Wafer mit den Ionen bestrahlt wird. Mit anderen Worten hat sich herausgestellt, dass als ein Ergebnis des Zuführens einer bestimmten Menge an Beschleunigungsenergie der Ionen des Quellgases an das Reaktionsfeld eine einkristalline β-SiC-Schicht hoher Kristallinität epitaktisch gewachsen werden kann, selbst wenn die Temperatur des Siliziumwafers bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts von Silizium gehalten wird.To solve this problem, a technique is required in which a single crystal SiC layer of high crystallinity can be epitaxially grown on a silicon wafer even when the temperature of the silicon wafer is lower than the melting point of silicon. The energy required for epitaxial growth of monocrystalline β-SiC must be supplied to the reaction field of the silicon wafer. Typically, if the temperature of the silicon wafer is lower than the melting point, a single crystal SiC layer cannot be grown. Even if a single crystal SiC layer can be grown using a technique for forming a buffer layer as mentioned above, the crystallinity is typically poor. In this regard, the solution according to the invention is based on supplying the energy required for the epitaxial growth of monocrystalline β-SiC to the reaction field not only in the form of heat from a silicon wafer, but also by accelerating a source gas in the form of ions in the direction of the silicon wafer and the wafer with the Ion is irradiated. In other words, it has been found that, as a result of applying a certain amount of accelerating energy of the ions of the source gas to the reaction field, a single crystal β-SiC layer of high crystallinity can be epitaxially grown even if the temperature of the silicon wafer is at a temperature below Melting point of silicon is maintained.

Darüber hinaus kann im Hinblick auf die Kristallstruktur die einkristalline β-SiC-Schicht vielmehr direkt auf einer Oberfläche des Siliziumwafers gewachsen werden. Um eine einkristalline α-SiC-Schicht auf einem Siliziumwafer zu wachsen, ist erforderlich, dass zunächst eine einkristalline β-SiC-Schicht auf dem Siliziumwafer gewachsen wird, und dann kann eine einkristalline α-SiC-Schicht auf der einkristallinen β-SiC-Schicht gewachsen werden. Der Erfinder hat auch herausgefunden, dass, selbst wenn die Temperatur des Siliziumwafers bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts von Silizium gehalten wurde, eine einkristalline α-SiC-Schicht hoher Kristallinität auf einer einkristallinen β-SiC-Schicht gewachsen werden konnte, indem ein Verfahren eingesetzt wurde, bei welchem ein Quellgas in Form von Ionen in Richtung des Siliziumwafers beschleunigt wird und der Wafer mit den Ionen bestrahlt wird.In addition, in view of the crystal structure, the single-crystal β-SiC layer can rather be grown directly on a surface of the silicon wafer. In order to grow a single crystal α-SiC layer on a silicon wafer, it is necessary that a single crystal β-SiC layer is first grown on the silicon wafer, and then a single crystal α-SiC layer can be grown on the single crystal β-SiC layer to be grown. The inventor also found that even when the temperature of the silicon wafer was kept at a temperature below the melting point of silicon, a single crystal α-SiC layer of high crystallinity could be grown on a single crystal β-SiC layer by using a method in which a source gas in the form of ions is accelerated in the direction of the silicon wafer and the wafer is irradiated with the ions.

Diese Offenbarung basiert auf den obigen Erkenntnissen, und es wird bereitgestellt:

  1. (1) Ein Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers, umfassend:
    • einen ersten Schritt, bei welchem eine einkristalline SiC-Schicht epitaktisch auf einem Siliziumwafer gewachsen wird; und
    • einen zweiten Schritt, bei welchem der Siliziumwafer entfernt wird, um einen durch die einkristalline SiC-Schicht gebildeten einkristallinen SiC-Wafer zu erhalten,
    • wobei der erste Schritt umfasst:
      • Befestigen des Siliziumwafers an einem Waferhaltetisch in einer Kammer,
      • Reduzieren des Drucks innerhalb der Kammer und dann Einführen des Quellgases, welches Kohlenstoff und Silizium enthält, in die Kammer,
      • danach Aufheizen des Siliziumwafers, und
      • nach dem Aufheizen des Siliziumwafers, Anlegen einer negativen Pulsspannung an den Siliziumwafer, wobei die Pulsspannung 10 V oder mehr und 1 kV oder weniger beträgt, die Frequenz der Pulsspannung 10 Hz oder mehr und 10 kHz oder weniger ist und eine Pulsbreite der Pulsspannung 1 µs oder mehr und 1000 µs oder weniger ist, während die Temperatur des Siliziumwafers bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts von Silizium gehalten wird, wodurch, während ein Plasma des Quellgases, welches Kohlenstoff und Silizium enthält, erzeugt wird, die Ionen in dem Plasma in Richtung des Siliziumwafers beschleunigt werden und der Siliziumwafer mit den beschleunigten Ionen bestrahlt wird, wobei ein Verhältnis der Beschleunigungsenergien der Siliziumionen und der Kohlenstoffionen 7:3 ist.
  2. (2) Das Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers wie oben unter (1) genannt, wobei bei dem ersten Schritt eine einkristalline β-SiC-Schicht epitaktisch auf dem Siliziumwafer gewachsen wird, wodurch ein durch die einkristalline β-SiC-Schicht gebildeter einkristalliner β-SiC-Wafer hergestellt wird.
  3. (3) Das Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers wie oben unter (2) genannt, wobei bei dem ersten Schritt die Temperatur des Siliziumwafers bei 800 °C bis 1000 °C gehalten wird.
  4. (4) Das Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers wie oben unter (1) genannt, wobei bei dem ersten Schritt eine einkristalline β-SiC-Schicht epitaktisch auf dem Siliziumwafer gewachsen wird und anschließend eine einkristalline α-SiC-Schicht epitaktisch auf der einkristallinen β-SiC-Schicht gewachsen wird, und die einkristalline β-SiC-Schicht nach dem zweiten Schritt entfernt wird, wodurch ein durch die einkristalline α-SiC-Schicht gebildeter einkristalliner SiC-Wafer hergestellt wird.
  5. (5) Das Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers wie oben unter (4) genannt, wobei bei dem ersten Schritt die Temperatur des Siliziumwafers bei 800 °C bis 1000 °C während des Wachstums der einkristallinen β-SiC-Schicht und bei 1000 °C bis 1300 °C während des Wachsens der einkristallinen α-SiC-Schicht gehalten wird.
  6. (6) Das Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers wie oben unter (1) genannt, wobei vor dem ersten Schritt der Siliziumwafer karbonisiert wird, um in einem Oberflächenabschnitt des Siliziumwafers eine einkristalline β-SiC-Schicht auszubilden, und bei dem ersten Schritt eine einkristalline α-SiC-Schicht epitaktisch auf der einkristallinen β-SiC-Schicht des Siliziumwafers gewachsen wird, wodurch ein durch die einkristalline α-SiC-Schicht gebildeter einkristalliner α-SiC-Wafer hergestellt wird.
  7. (7) Das Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers wie oben unter (6) genannt, wobei bei dem ersten Schritt die Temperatur des Siliziumwafers bei 1000 °C bis 1300 °C gehalten wird.
This disclosure is based on the above finding and is provided:
  1. (1) A method for manufacturing a single crystal SiC wafer, comprising:
    • a first step in which a monocrystalline SiC layer is epitaxially grown on a silicon wafer; and
    • a second step in which the silicon wafer is removed to obtain a monocrystalline SiC wafer formed by the monocrystalline SiC layer,
    • wherein the first step comprises:
      • Fixing the silicon wafer to a wafer holding table in a chamber,
      • Reducing the pressure within the chamber and then introducing the source gas, which contains carbon and silicon, into the chamber,
      • then heating the silicon wafer, and
      • after heating the silicon wafer, applying a negative pulse voltage to the silicon wafer, wherein the pulse voltage is 10 V or more and 1 kV or less, the frequency of the pulse voltage is 10 Hz or more and 10 kHz or less and a pulse width of the pulse voltage is 1 µs or less is more and 1000 microseconds or less while maintaining the temperature of the silicon wafer at a temperature below the melting point of silicon, whereby, while a plasma of the source gas containing carbon and silicon is generated, the ions in the plasma toward the silicon wafer are accelerated and the silicon wafer is irradiated with the accelerated ions, a ratio of the acceleration energies of the silicon ions and the carbon ions being 7: 3.
  2. (2) The method for manufacturing a monocrystalline SiC wafer as mentioned in (1) above, wherein in the first step, a monocrystalline β-SiC layer is epitaxially grown on the silicon wafer, whereby a formed by the monocrystalline β-SiC layer single crystal β-SiC wafer is produced.
  3. (3) The method for manufacturing a monocrystalline SiC wafer as mentioned in (2) above, wherein the temperature of the silicon wafer is kept at 800 ° C. to 1000 ° C. in the first step.
  4. (4) The method for producing a monocrystalline SiC wafer as mentioned under (1) above, wherein in the first step a monocrystalline β-SiC layer is grown epitaxially on the silicon wafer and then a monocrystalline α-SiC layer is grown epitaxially on the single crystal β-SiC layer is grown, and the single crystal β-SiC layer is removed after the second step, thereby producing a single crystal SiC wafer formed by the single crystal α-SiC layer.
  5. (5) The method for manufacturing a monocrystalline SiC wafer as mentioned in (4) above, wherein in the first step the temperature of the silicon wafer is 800 ° C to 1000 ° C during the growth of the monocrystalline β-SiC layer and 1000 ° C to 1300 ° C is maintained during the growth of the single crystal α-SiC layer.
  6. (6) The method for manufacturing a monocrystalline SiC wafer as mentioned in (1) above, wherein the silicon wafer is carbonized before the first step to form a monocrystalline β-SiC layer in a surface portion of the silicon wafer, and in the first step a single crystal α-SiC layer is epitaxially grown on the single crystal β-SiC layer of the silicon wafer, whereby a single crystal α-SiC wafer formed by the single crystal α-SiC layer is produced.
  7. (7) The method for manufacturing a monocrystalline SiC wafer as mentioned in (6) above, wherein the temperature of the silicon wafer is kept at 1000 ° C to 1300 ° C in the first step.

Vorteilhafter EffektBeneficial effect

Das hierin offenbarte Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers ist geeignet für Wafer mit einem großen Durchmesser und ermöglicht es, einen einkristallinen SiC-Wafer mit einer hohen Kristallinität zu erhalten.The method for manufacturing a single crystal SiC wafer disclosed herein is suitable for wafers having a large diameter and makes it possible to obtain a single crystal SiC wafer having a high crystallinity.

FigurenlisteFigure list

In den beigefügten Zeichnungen:

  • sind 1(A) bis 1(D) schematische Querschnittsansichten, welche ein Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers gemäß Ausführungsbeispiel 1 veranschaulichen;
  • sind 2(A) bis 2(F) schematische Querschnittsansichten, welche ein Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers gemäß Ausführungsbeispiel 2 veranschaulichen;
  • sind 3(A) bis 3(E) schematische Querschnittsansichten, welche ein Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers gemäß Ausführungsbeispiel 3 veranschaulichen; und
  • ist 4 einen schematische Ansicht einer bei den Ausführungsbeispielen verwendeten Plasmaionenbestrahlungsvorrichtung.
In the attached drawings:
  • are 1 (A) to 1 (D) schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a monocrystalline SiC wafer according to Embodiment 1;
  • are 2 (A) to 2 (F) schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a monocrystalline SiC wafer according to Embodiment 2;
  • are 3 (A) to 3 (E) schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a monocrystalline SiC wafer according to Embodiment 3; and
  • is 4th a schematic view of a plasma ion irradiation device used in the embodiments.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Das offenbarte Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers umfasst: einen ersten Schritt, bei welchem eine einkristalline SiC-Schicht epitaktisch auf einen Siliziumwafer gewachsen wird, und einen zweiten Schritt, bei welchem der Siliziumwafer entfernt wird, um einen durch die einkristalline SiC-Schicht gebildeten einkristallinen SiC-Wafer zu erhalten. Bei dem ersten Schritt wird, während die Temperatur des Siliziumwafers bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Silizium gehalten wird, ein Kohlenstoff und Silizium enthaltendes Quellgas ionisiert, und der Siliziumwafer wird mit den beschleunigten Ionen bestrahlt. Bevorzugte Ausführungsbeispiele dieser Offenbarung werden nun beschrieben.The disclosed method for producing a single crystal SiC wafer comprises: a first step in which a single crystal SiC layer is epitaxially grown on a silicon wafer, and a second step in which the silicon wafer is removed to form one through the single crystal SiC layer formed monocrystalline SiC wafer. In the first step, while maintaining the temperature of the silicon wafer at a temperature below the melting point of silicon, a source gas containing carbon and silicon is ionized, and the silicon wafer is irradiated with the accelerated ions. Preferred embodiments of this disclosure will now be described.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

Ausführungsbeispiel 1 wird mit Bezug auf 1(A) bis 1(D) beschrieben. Zunächst wird bei dem ersten Schritt eine einkristalline β-SiC-Schicht 12 epitaktisch auf einem Siliziumwafer 10 gewachsen (1(A), 1(B)). Als Nächstes wird bei dem zweiten Schritt der Siliziumwafer 10 entfernt, um einen durch die einkristalline β-SiC-Schicht 12 gebildeten einkristallinen β-SiC-Wafer 100 zu erhalten (1(C), 1 (D)).Embodiment 1 is described with reference to FIG 1 (A) to 1 (D) described. First, in the first step, a single-crystal β-SiC layer is made 12 epitaxially on a silicon wafer 10 grown ( 1 (A) , 1 (B) ). Next, the second step is the silicon wafer 10 removed to one through the single crystal β-SiC layer 12 formed monocrystalline β-SiC wafer 100 ( 1 (C) , 1 (D) ).

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Ausführungsbeispiel 2 wird mit Bezug auf 2(A) bis 2(F) beschrieben. Zunächst wird bei dem ersten Schritt eine einkristalline β-SiC-Schicht 12 epitaktisch auf einem Siliziumwafer 10 gewachsen, und anschließend wird eine einkristalline α-SiC-Schicht 14 epitaktisch auf der einkristallinen β-SiC-Schicht 12 gewachsen (2(A) bis 2(C)). Als Nächstes wird bei dem zweiten Schritt der Siliziumwafer 10 entfernt (2(D)). Nach dem zweiten Schritt wird die einkristalline β-SiC-Schicht 12 entfernt, um einen durch die einkristalline α-SiC-Schicht 14 gebildeten einkristallinen α-SiC-Wafer 200 zu erhalten (2(E), 2(F)).Embodiment 2 is described with reference to FIG 2 (A) to 2 (F) described. First, in the first step, a single-crystal β-SiC layer is made 12 epitaxially on a silicon wafer 10 grown, and then a monocrystalline α-SiC layer 14th epitaxially on the monocrystalline β-SiC layer 12 grown ( 2 (A) to 2 (C) ). Next, the second step is the silicon wafer 10 away ( 2 (D) ). After the second step, the monocrystalline β-SiC layer 12 removed to one through the single crystal α-SiC layer 14th formed monocrystalline α-SiC wafer 200 ( 2 (E) , 2 (F) ).

Dieses Ausführungsbeispiel zielt darauf ab, einen einkristallinen α-SiC-Wafer zu erhalten. Die einkristalline α-SiC-Schicht kann nicht direkt auf einer Oberfläche des Siliziumwafers gewachsen werden, kann jedoch auf der einkristallinen β-SiC-Schicht gewachsen werden. Folglich wird bei diesem Ausführungsbeispiel zuerst die einkristalline β-SiC-Schicht 12 auf dem Siliziumwafer 10 ausgebildet.This embodiment aims to obtain an α-SiC single crystal wafer. The single crystal α-SiC layer cannot be grown directly on a surface of the silicon wafer, but can be grown on the single crystal β-SiC layer. Thus, in this embodiment, the single crystal β-SiC layer becomes first 12 on the silicon wafer 10 educated.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

Ausführungsbeispiel 3 wird mit Bezug auf 3(A) bis 3(E) beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird vor dem ersten Schritt (ein Schritt eines epitaktischen Wachsens von einkristallinem SiC) der Siliziumwafer 10 karbonisiert, um eine einkristalline β-SiC-Schicht 10A in einem Oberflächenabschnitt des Siliziumwafers 10 auszubilden (3(A), 3(B)). Als Nächstes wird bei dem ersten Schritt eine einkristalline α-SiC-Schicht 14 epitaktisch auf der einkristallinen β-SiC-Schicht 10A des Siliziumwafers 10 gewachsen (3(C)). Als Nächstes wird bei dem zweiten Schritt der die einkristalline β-SiC-Schicht 10A beinhaltende Siliziumwafer 10 entfernt, um einen durch die einkristalline α-SiC-Schicht 14 gebildeten einkristallinen α-SiC-Wafer 300 zu erhalten (3(D), 3(E)).Embodiment 3 is described with reference to FIG 3 (A) to 3 (E) described. In this embodiment, before the first step (a step of epitaxially growing single crystal SiC), the silicon wafer is made 10 carbonized to form a single crystal β-SiC layer 10A in a surface portion of the silicon wafer 10 to train ( 3 (A) , 3 (B) ). Next, in the first step, a single crystal α-SiC layer is formed 14th epitaxially on the monocrystalline β-SiC layer 10A of the silicon wafer 10 grown ( 3 (C) ). Next, in the second step, the silicon wafer including the β-SiC single crystal layer 10A is made 10 removed to one through the single crystal α-SiC layer 14th formed monocrystalline α-SiC wafer 300 ( 3 (D) , 3 (E) ).

Bei Ausführungsbeispiel 2 wird die einkristalline β-SiC-Schicht durch epitaktisches Wachstum gebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die einkristalline β-SiC-Schicht durch die Karbonisierung des Siliziumwafers 10 ausgebildet.In Embodiment 2, the single-crystal β-SiC layer is formed by epitaxial growth. In this embodiment, the monocrystalline β-SiC layer is made by carbonizing the silicon wafer 10 educated.

Detaillierte Beschreibung der Schritte jedes AusführungsbeispielsDetailed description of the steps of each embodiment

Die Siliziumwafer 10 in 1(A), 2(A) und 3(A) können präpariert werden, indem ein einkristalliner Silizium-Ingot durch das Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) oder das Schmelzzonenverfahren (FZ-Verfahren) gewachsen wird und mit einer Drahtsäge oder dergleichen geschnitten wird. Um eine hohe Getter-Fähigkeit zu erreichen, kann darüber hinaus Kohlenstoff und/oder Stickstoff zu dem Siliziumwafer 10 hinzugefügt werden. Darüber hinaus können, um während der Plasmabehandlung die Spannung zu steuern, dem Siliziumwafer 10 bestimmte Dotierungen mit einer vorgegebenen Konzentration hinzugefügt werden, um ein Substrat vom sogenannten n-Typ oder p-Typ zu erhalten.The silicon wafer 10 in 1 (A) , 2 (A) and 3 (A) can be prepared by growing a single crystal silicon ingot by the Czochralski method (CZ method) or the melt zone method (FZ method) and cutting it with a wire saw or the like. In order to achieve a high getter capability, carbon and / or nitrogen can also be added to the silicon wafer 10 to be added. In addition, in order to control the voltage during the plasma treatment, the silicon wafer 10 certain dopants are added at a predetermined concentration to obtain a so-called n-type or p-type substrate.

Um eine einkristalline SiC-Schicht mit regelmäßig angeordnetem Silizium und Kohlenstoff epitaktisch zu wachsen, ist darüber hinaus ein Substrat bevorzugt, welches frei von COP-Defekten (COP: „crystal originated particle“) ist, wobei es sich um Hohlräume handelt, welche als durch Punktdefekte gebildete aggregierte Fehlstellen erzeugt werden. Ein „COP-freier Siliziumwafer“ bezeichnet hierin einen Siliziumwafer, bei welchem durch die nachfolgend beschriebene Beobachtung/Auswertung keine COP-Defekte erfasst werden. Hierbei wird speziell ein aus einem durch das CZ-Verfahren gewachsenen einkristallinen Ingot geschnittenen Siliziumwafer zunächst durch SC-1 gereinigt (d.h. durch eine Reinigung unter Verwendung einer gemischten Lösung in welcher wässriger Ammoniak, Wasserstoffperoxidlösung und Reinstwasser in dem Verhältnis 1:1:15 gemischt sind), und die Siliziumwaferoberfläche nach der Reinigung wird unter Verwendung von Surfscan SP-2, hergestellt von KLA-Tenchor Corporation, als Oberflächendefektinspektionsvorrichtung beobachtet und ausgewertet, um so als Oberflächenvertiefungen angenommene leichte Punktdefekte (LPDs) zu identifizieren. Hierbei ist der Beobachtungsmodus der schräge Modus („oblique incidence mode“), und die Oberflächenvertiefungen werden basierend auf dem unter Verwendung von breiten/schmalen Kanälen gemessenen Verhältnis der Größen untersucht. Für so identifizierte LPDs wird unter Verwendung eines Rasterkraftmikroskops (AFM: „Atomic Force Microscope“) bestimmt, ob es sich um Oberflächenvertiefungen handelt oder nicht. Ein Siliziumwafer, bei welchem durch die Beobachtung und Auswertung keine Oberflächenvertiefungen beobachtet werden, wird als ein „COP-freier Siliziumwafer“ definiert.In order to epitaxially grow a monocrystalline SiC layer with regularly arranged silicon and carbon, a substrate is also preferred which is free from COP defects (COP: “crystal originated particle”), which are cavities which are known as through Point defects formed aggregated voids are generated. A “COP-free silicon wafer” here refers to a silicon wafer in which no COP defects are detected by the observation / evaluation described below. Specifically, a silicon wafer cut from a monocrystalline ingot grown by the CZ process is first cleaned by SC-1 (i.e. by cleaning using a mixed solution in which aqueous ammonia, hydrogen peroxide solution and ultrapure water are mixed in a ratio of 1: 1: 15 ), and the silicon wafer surface after cleaning is observed and evaluated using Surfscan SP-2 manufactured by KLA-Tenchor Corporation as a surface defect inspection device so as to identify light point defects (LPDs) assumed as surface pits. Here, the observation mode is the oblique incidence mode, and the surface depressions are examined based on the ratio of the sizes measured using wide / narrow channels. For LPDs identified in this way, an atomic force microscope (AFM) is used to determine whether or not they are surface depressions. A silicon wafer in which no surface depressions are observed through observation and evaluation is defined as a “COP-free silicon wafer”.

Der Durchmesser des Siliziumwafers ist vorzugsweise 200 mm oder mehr, stärker bevorzugt 300 mm oder mehr. Der Durchmesser des Siliziumwafers 10 und der Durchmesser des zu erhaltenden einkristallinen SiC-Wafers stimmen überein. Folglich kann mit größerem Durchmesser des Siliziumwafers 10 der einkristalline SiC-Wafer mit einem größeren Durchmesser erhalten werden.The diameter of the silicon wafer is preferably 200 mm or more, more preferably 300 mm or more. The diameter of the silicon wafer 10 and the diameter of the single crystal to be obtained SiC wafers match. Consequently, the larger diameter of the silicon wafer can 10 the single crystal SiC wafer with a larger diameter can be obtained.

Es ist wichtig, dass der Schritt des epitaktischen Wachsens der einkristallinen β-SiC-Schicht 12 oder der einkristallinen α-SiC-Schicht 14 auf dem Siliziumwafer 10 (1(B), 2(B), 2(C), 3(C)) durch ein Verfahren durchgeführt werden kann, bei welchem, während die Temperatur des Siliziumwafers 10 bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts von Silizium gehalten wird, ein Kohlenstoff und Silizium enthaltendes Quellgas ionisiert wird und die Ionen beschleunigt werden, um den Siliziumwafer 10 zu bestrahlen.It is important that the step of epitaxially growing the single crystal β-SiC layer 12 or the monocrystalline α-SiC layer 14th on the silicon wafer 10 ( 1 (B) , 2 B) , 2 (C) , 3 (C) ) can be performed by a method in which, while the temperature of the silicon wafer 10 is maintained at a temperature below the melting point of silicon, a source gas containing carbon and silicon is ionized, and the ions are accelerated to the silicon wafer 10 to irradiate.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, welche dieses Verfahren realisiert, wird mit Bezug auf 4 beschrieben. Insbesondere zeigt 4 eine Plasmaionenbestrahlungsvorrichtung 40, welche eine Plasmakammer 41, einen Gaseinlass 42, eine Vakuumpumpe 43, ein Pulsspannungsanwendungsmittel 44, einen Waferhaltetisch 45 und eine Heizung 46 aufweist.An embodiment of an apparatus that implements this method is described with reference to FIG 4th described. In particular shows 4th a plasma ion irradiation device 40 , which is a plasma chamber 41 , a gas inlet 42 , a vacuum pump 43 , a pulse voltage application means 44 , a wafer holding table 45 and a heater 46 having.

Zunächst wird der Siliziumwafer 10 auf dem Waferhaltetisch 45 in der Plasmakammer 41 platziert und fixiert. Als Nächstes wird der Druck innerhalb der Plasmakammer 41 unter Verwendung der Vakuumpumpe 43 reduziert, und das Quellgas wird durch den Gaseinlass 42 in die Plasmakammer 41 eingeführt. Anschließend wird der Waferhaltetisch 45 unter Verwendung der Heizung 46 aufgeheizt, und eine negative Spannung wird durch die Pulsspannungsanwendungsmittel 44 in Pulsform an den Waferhaltetisch 45 (und den Siliziumwafer 10) angelegt. Somit kann ein Plasma des Kohlenstoff und Silizium enthaltenden Quellgases erzeugt werden, und die in dem erzeugten Plasma enthaltenen Ionen des Quellgases können in Richtung des Siliziumwafers 10 beschleunigt werden, um den Wafer zu bestrahlen. Die auftreffenden Siliziumionen und Kohlenstoffionen reagieren auf dem Siliziumwafer, sodass einkristallines SiC epitaktisch gewachsen wird.First is the silicon wafer 10 on the wafer holding table 45 in the plasma chamber 41 placed and fixed. Next is the pressure inside the plasma chamber 41 using the vacuum pump 43 reduced, and the source gas is through the gas inlet 42 into the plasma chamber 41 introduced. Then the wafer holding table becomes 45 using the heater 46 heated, and a negative voltage is applied by the pulse voltage application means 44 in pulse form to the wafer holding table 45 (and the silicon wafer 10 ) created. Thus, a plasma of the source gas containing carbon and silicon can be generated, and the ions of the source gas contained in the generated plasma can be directed toward the silicon wafer 10 be accelerated to irradiate the wafer. The impinging silicon ions and carbon ions react on the silicon wafer, so that monocrystalline SiC is grown epitaxially.

Das Quellgas kann eines oder mehrere von Methan, Ethan, Propan und dergleichen als Kohlenstoffquelle(n) und eines oder mehrere von Monosilan, Dichlorsilan, Trichlorsilan, Siliziumtetrachlorid und dergleichen als Siliziumquelle(n) verwenden.The source gas may use one or more of methane, ethane, propane and the like as the carbon source and one or more of monosilane, dichlorosilane, trichlorosilane, silicon tetrachloride and the like as the silicon source.

Die Vakuumqualität in der Plasmakammer 41 wird auf 5 Pa oder weniger eingestellt. Wenn sie 5 Pa überschreitet, wird das Plasma unstabil und der Plasmazustand kann unter Umständen nicht gehalten werden.The vacuum quality in the plasma chamber 41 is set to 5 Pa or less. If it exceeds 5 Pa, the plasma becomes unstable and the plasma state may not be maintained.

Hierbei ist die an den Siliziumwafer 10 angelegte Pulsspannung 10 V oder mehr und 1 kV oder weniger. Wenn die Spannung weniger als 10 V ist, kann die Bindungsenergie zwischen Silizium und Kohlenstoff unzureichend zur Ausbildung einer SiC-Schicht sein. Wenn hingegen die Spannung 1 kV überschreitet, dringen Silizium und Kohlenstoff durch die Oberfläche in den Siliziumwafer ein, was die Ausbildung einer SiC-Schicht verhindern kann.Here is the one on the silicon wafer 10 applied pulse voltage 10 V or more and 1 kV or less. If the voltage is less than 10 V, the bonding energy between silicon and carbon may be insufficient to form a SiC layer. On the other hand, if the voltage exceeds 1 kV, silicon and carbon penetrate the silicon wafer through the surface, which can prevent the formation of an SiC layer.

Die Frequenz der Pulsspannung bestimmt die Häufigkeit der Bestrahlungen des Siliziumwafers 10 mit den Ionen. Die Frequenz der Pulsspannung ist 10 Hz oder mehr und 10 kHz oder weniger. Hierbei kann, wenn die Frequenz 10 Hz oder mehr ist, eine lonenbestrahlungsvariation abgedeckt werden, was zu einer stabilen Ionenbestrahlung führt. Wenn die Frequenz 10 kHz oder weniger ist, wird die Plasmaausbildung aufgrund von Glimmentladung stabilisiert.The frequency of the pulse voltage determines the frequency of the irradiation of the silicon wafer 10 with the ions. The frequency of the pulse voltage is 10 Hz or more and 10 kHz or less. Here, when the frequency is 10 Hz or more, ion irradiation variation can be covered, resulting in stable ion irradiation. When the frequency is 10 kHz or less, plasma formation due to glow discharge is stabilized.

Die Pulsbreite der Pulsspannung bestimmt die Bestrahlungsdauer des Siliziumwafers 10 mit den Ionen. Die Pulsbreite ist 1 µs bis 1000 µs. Eine Pulsbreite von 1 µs oder mehr ermöglicht es, den Siliziumwafer 10 auf stabile Weise mit den Ionen zu bestrahlen. Eine Pulsbreite von 1000 µs oder weniger stabilisiert die Plasmaausbildung aufgrund von Glimmentladung.The pulse width of the pulse voltage determines the duration of the irradiation of the silicon wafer 10 with the ions. The pulse width is 1 µs to 1000 µs. A pulse width of 1 µs or more enables the silicon wafer 10 irradiate the ions in a stable manner. A pulse width of 1000 µs or less stabilizes the plasma formation due to glow discharge.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen wird die zum epitaktischen Wachsen von einkristallinem β-SiC hoher Kristallinität erforderliche Energie erreicht durch die Summe der dem Siliziumwafer 10 zugeführten Wärmeenergie und der Beschleunigungsenergie der auf den Siliziumwafer 10 auftreffenden Ionen. Wenn die Temperatur des Siliziumwafers 10 bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunks von Silizium gehalten wird, kann insbesondere fehlende Wärmeenergie durch die Beschleunigungsenergie der Ionen kompensiert werden.In the exemplary embodiments shown, the energy required for epitaxial growth of single-crystal β-SiC of high crystallinity is achieved by the sum of the silicon wafer 10 supplied thermal energy and the acceleration energy on the silicon wafer 10 impinging ions. When the temperature of the silicon wafer 10 is kept at a temperature below the melting point of silicon, the lack of thermal energy in particular can be compensated for by the acceleration energy of the ions.

Wenn bei den dargestellten Ausführungsbeispielen die einkristalline β-SiC-Schicht epitaktisch gewachsen wird (1(B) und 2(B)), vorzugsweise während die Temperatur des Siliziumwafers bei 800 °C bis 1000 °C gehalten wird, beträgt die Beschleunigungsenergie der Siliziumionen 7 eV oder mehr, und die Beschleunigungsenergie der Kohlenstoffionen beträgt 3 eV oder mehr. Indem die Beschleunigungsenergie der Ionen auf diese Weise eingestellt wird, kann fehlende Wärmeenergie durch die Beschleunigungsenergie der Ionen kompensiert werden, selbst wenn die Temperatur wie oben erwähnt im Bereich des Schmelzpunkts des Siliziumwafers oder niedriger ist, wodurch eine einkristalline β-SiC-Schicht hoher Kristallinität ausgebildet wird. Wenn die Temperatur des Siliziumwafers 800 °C oder mehr ist, muss die Beschleunigungsenergie der Ionen nicht größer sein als die unten genannte Obergrenze. Es wird angemerkt, dass, wenn die Temperatur des Siliziumwafers höher ist, die erforderliche Beschleunigungsenergie der Ionen niedriger ist. Darüber hinaus können mit dem Verhältnis der Beschleunigungsenergien der Siliziumionen und der Kohlenstoffionen von 7:3 die Siliziumionen und die Kohlenstoffionen bis zu derselben Tiefe ausgehend von der Siliziumwaferoberfläche appliziert werden, sodass in dem Oberflächenabschnitt des Siliziumwafers auf stabile Weise eine SiC-Schicht ausgebildet werden kann.If, in the illustrated embodiments, the monocrystalline β-SiC layer is grown epitaxially ( 1 (B) and 2 B) ), preferably while maintaining the temperature of the silicon wafer at 800 ° C. to 1000 ° C., the acceleration energy of silicon ions is 7 eV or more, and the acceleration energy of carbon ions is 3 eV or more. By adjusting the acceleration energy of the ions in this way, missing heat energy can be caused by the acceleration energy of the Ions are compensated even if the temperature is in the range of the melting point of the silicon wafer or lower as mentioned above, thereby forming a single crystal β-SiC layer of high crystallinity. When the temperature of the silicon wafer is 800 ° C. or more, the acceleration energy of the ions does not need to be greater than the upper limit mentioned below. It is noted that as the temperature of the silicon wafer is higher, the required acceleration energy of the ions is lower. In addition, with the ratio of the acceleration energies of the silicon ions and the carbon ions of 7: 3, the silicon ions and the carbon ions can be applied to the same depth starting from the silicon wafer surface, so that a SiC layer can be stably formed in the surface portion of the silicon wafer.

Wenn bei den dargestellten Ausführungsbeispielen die einkristalline α-SiC-Schicht epitaktisch gewachsen wird (2(C) und 3(C)), vorzugsweise während die Temperatur des Siliziumwafers bei 1000 °C bis 1300 °C gehalten wird, wird die Beschleunigungsenergie der Siliziumionen auf 7 eV oder mehr eingestellt, und die Beschleunigungsenergie der Kohlenstoffionen wird auf 3 eV oder mehr eingestellt. Indem die Beschleunigungsenergie der Ionen auf solche Weise eingestellt wird, kann auch in dem Fall, wenn die Temperatur wie oben erwähnt in dem Bereich des Schmelzpunkts des Siliziumwafers oder niedriger ist, die fehlende Wärmeenergie durch die Beschleunigungsenergie der Ionen kompensiert werden, wodurch eine einkristalline α-SiC-Schicht hoher Kristallinität ausgebildet wird. Die zum Wachsen der einkristallinen α-SiC-Schicht erforderliche Energie ist höher als die zum Wachsen der einkristallinen β-SiC-Schicht erforderliche Energie. Daher wird die Temperatur des Siliziumwafers höher eingestellt als in dem Fall des Wachsens von einkristallinem β-SiC. Wenn die Temperatur des Siliziumwafers 1000 °C oder mehr ist, muss die Beschleunigungsenergie der Ionen nicht größer sein als die unten genannte Obergrenze.If, in the illustrated embodiments, the monocrystalline α-SiC layer is grown epitaxially ( 2 (C) and 3 (C) ), preferably while keeping the temperature of the silicon wafer at 1000 ° C to 1300 ° C, the acceleration energy of silicon ions is set to 7 eV or more, and the acceleration energy of carbon ions is set to 3 eV or more. By adjusting the accelerating energy of the ions in such a way, even in the case when the temperature is in the range of the melting point of the silicon wafer or lower as mentioned above, the missing heat energy can be compensated by the accelerating energy of the ions, whereby a single crystal α- SiC layer of high crystallinity is formed. The energy required to grow the monocrystalline α-SiC layer is higher than the energy required to grow the monocrystalline β-SiC layer. Therefore, the temperature of the silicon wafer is set higher than in the case of growing single crystal β-SiC. When the temperature of the silicon wafer is 1000 ° C or more, the acceleration energy of the ions does not need to be greater than the upper limit mentioned below.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Beschleunigungsenergie der Siliziumionen und die Beschleunigungsenergie der Kohlenstoffionen vorzugsweise weniger als 3 keV, stärker bevorzugt weniger als 1 keV. Wenn die Energie größer oder gleich 3 keV ist, kann der Siliziumwafer 10 übermäßig beschädigt werden, und es kann das Phänomen auftreten, dass Ionen in den Siliziumwafer eindringen, was das epitaktische Wachstum der SiC-Schicht auf der Oberfläche behindern kann.In the exemplary embodiments shown, the acceleration energy of the silicon ions and the acceleration energy of the carbon ions is preferably less than 3 keV, more preferably less than 1 keV. If the energy is greater than or equal to 3 keV, the silicon wafer can 10 and there may be a phenomenon that ions penetrate the silicon wafer, which may hinder the epitaxial growth of the SiC layer on the surface.

Die Beschleunigungsenergie der Ionen wird hauptsächlich über die angelegte Spannung gesteuert. Darüber hinaus kann als ergänzende Steuerung der Widerstand zwischen dem Wafer und den Pulsspannungsanwendungsmitteln (der Widerstand des Haltetisches, der Widerstand zwischen dem Haltetisch und den Pulsspannungsanwendungsmitteln) angepasst werden oder das Timing der Spannungsanwendung angepasst werden, um dadurch den Abstand zwischen dem Plasmabereich und dem Wafer anzupassen. Darüber hinaus kann die Beschleunigungsenergie der Ionen gemessen werden, indem ein zu überwachender Wafer für eine kurze Zeit prozessiert wird, um die Konzentrationsprofile von Silizium und Kohlenstoff innerhalb der Waferoberfläche in der Tiefenrichtung durch SIMS-Analyse (SIMS: Sekundärionen-Massenspektrometrie) zu erfassen.The acceleration energy of the ions is mainly controlled by the applied voltage. In addition, as a supplementary control, the resistance between the wafer and the pulse voltage application means (the resistance of the holding table, the resistance between the holding table and the pulse voltage application means) can be adjusted or the timing of the voltage application can be adjusted to thereby adjust the distance between the plasma region and the wafer . In addition, the acceleration energy of the ions can be measured by processing a wafer to be monitored for a short time in order to record the concentration profiles of silicon and carbon within the wafer surface in the depth direction by SIMS analysis (SIMS: secondary ion mass spectrometry).

Die Dicke der einkristallinen β-SiC-Schicht 12 in 1(B) und der einkristallinen α-SiC-Schichten 14 in 2(C) und 3(C) ist vorzugsweise 300 µm oder mehr. Wenn die Dicke 300 µm oder mehr ist, können diese einkristallinen SiC-Schichten als Wafer verwendet werden. Es wird angemerkt, dass die einkristalline β-SiC-Schicht 12 in 2(B) und die einkristalline β-SiC-Schicht 10A in 3(B) lediglich zur Ausbildung von einkristallinen α-SiC-Schichten darauf genutzt werden. Folglich kann die Dicke der Schichten ungefähr 10 nm bis 1 µm betragen.The thickness of the single crystal β-SiC layer 12 in 1 (B) and the single crystal α-SiC layers 14th in 2 (C) and 3 (C) is preferably 300 µm or more. When the thickness is 300 µm or more, these single crystal SiC films can be used as a wafer. It is noted that the β-SiC single crystal layer 12 in 2 B) and the β-SiC single crystal layer 10A in FIG 3 (B) can only be used to form monocrystalline α-SiC layers thereon. Consequently, the thickness of the layers can be approximately 10 nm to 1 µm.

Das Karbonisieren des Siliziumwafers 10 in 3(B) kann durch ein bekanntes oder vorgegebenes Verfahren durchgeführt werden. Zum Beispiel können ein kohlenstoffbasiertes Gas, wie zum Beispiel Propangas, Methangas oder Ethangas, und Wasserstoffgas als Trägergas in einen Wärmebehandlungsofen eingeführt werden, und die Karbonisierung kann in der Kohlenstoffatmosphäre bei einer Temperatur des Siliziumwafers 10 von 1000 °C bis 1300 °C für 1 bis 60 Minuten durchgeführt werden.The carbonization of the silicon wafer 10 in 3 (B) can be performed by a known or predetermined method. For example, a carbon-based gas such as propane gas, methane gas, or ethane gas, and hydrogen gas as a carrier gas can be introduced into a heat treatment furnace, and carbonization can be performed in the carbon atmosphere at a temperature of the silicon wafer 10 from 1000 ° C to 1300 ° C for 1 to 60 minutes.

Die Siliziumwafer 10 in 1(C) und 2 (D) können entfernt werden durch eine Behandlung mit einer alkalischen Lösung oder einer Säurelösung, in welcher Silizium gelöst wird. Als die alkalische Lösung kann eine gemischte Lösung aus Kaliumhydroxid und Natriumhydroxid verwendet werden, wohingegen eine gemischte Lösung aus Flusssäure und Salpetersäure als die Säurelösung verwendet werden kann. Der Siliziumteil in 3(D) kann ebenfalls auf dieselbe Weise entfernt werden.The silicon wafer 10 in 1 (C) and 2 (D) can be removed by treatment with an alkaline solution or an acid solution in which silicon is dissolved. As the alkaline solution, a mixed solution of potassium hydroxide and sodium hydroxide can be used, whereas a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid can be used as the acid solution. The silicon part in 3 (D) can also be removed in the same way.

Die einkristalline β-SiC-Schicht 12 in 2(E) kann durch einen gegebenen Schleif- und/oder Polierprozess, wie zum Beispiel CMP (Chemisch-Mechanisches Polieren) entfernt werden. Die einkristalline β-SiC-Schicht 10A in 3(D) kann auf dieselbe Weise entfernt werden.The monocrystalline β-SiC layer 12 in 2 (E) can be removed by a given grinding and / or polishing process, such as CMP (chemical mechanical polishing). The single crystal β-SiC layer 10A in 3 (D) can be removed in the same way.

Die obere und untere Oberfläche der einkristallinen β-SiC-Schicht 12 in 1(C) und der einkristallinen α-SiC-Schichten 14 in 2(E) und 3(D) werden durch ein gegebenes Verfahren, wie zum Beispiel einen CMP-Prozess, um ungefähr 0,01 µm bis 10 µm abgeschliffen oder -poliert, sodass die Enddicke des jeweiligen Wafers erreicht wird.The upper and lower surfaces of the single crystal β-SiC layer 12 in 1 (C) and the single crystal α-SiC layers 14th in 2 (E) and 3 (D) are ground or polished by about 0.01 µm to 10 µm by a given method, such as a CMP process, so that the final thickness of the respective wafer is achieved.

Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen können einkristalline SiC-Wafer mit einer hohen Kristallinität erhalten werden. Da darüber hinaus eine auf einem Siliziumwafer ausgebildete einkristalline SiC-Schicht als Wafer verwendet wird, kann auf effiziente Weise ein einkristalliner SiC-Wafer mit einem großen Durchmesser von 200 mm oder mehr, oder sogar 300 mm oder mehr, hergestellt werden.According to the embodiments described above, single-crystal SiC wafers with a high crystallinity can be obtained. In addition, since a single crystal SiC layer formed on a silicon wafer is used as the wafer, a single crystal SiC wafer having a large diameter of 200 mm or more, or even 300 mm or more can be efficiently manufactured.

BEISPIELEEXAMPLES

Beispiel 1example 1

Gemäß dem in 1(A) bis 1(D) dargestellten Verfahren wurde ein einkristalliner β-SiC-Wafer mit einem Durchmesser von 300 mm unter Verwendung einer in 4 dargestellten Vorrichtung hergestellt.According to the in 1 (A) to 1 (D) A single crystal β-SiC wafer with a diameter of 300 mm was obtained using an in 4th shown device produced.

Zunächst wurde ein durch das CZ-Verfahren gewachsener COP-freier einkristalliner Silizium-Ingot geschnitten und prozessiert, um einen (111)-Siliziumwafer vom p-Typ (spezifischer Widerstand 0,01 Ωcm, Sauerstoffkonzentration: 1,3 x 1018 Atome/cm3) mit einem Durchmesser von 300 mm zu erhalten.First, a COP-free monocrystalline silicon ingot grown by the CZ method was cut and processed to form a p-type (111) silicon wafer (specific resistance 0.01 Ωcm, oxygen concentration: 1.3 × 10 18 atoms / cm 3 ) with a diameter of 300 mm.

Bei einer Temperatur des Siliziumwafers von 900 °C wurden Methangas und Monosilangas in eine Plasmakammer eingeleitet, und eine einkristalline β-SiC-Schicht von 500 µm wurde epitaktisch auf dem Siliziumwafer gewachsen, mit den folgenden Bedingungen innerhalb der Plasmakammer: Druck: 0,05 Pa; Pulsspannung: 750 V; Frequenz: 320 Hz und Pulsbreite: 183 µs. Die Beschleunigungsenergie von Siliziumionen betrug 105 eV, wohingegen die Beschleunigungsenergie von Kohlenstoffionen 45 eV betrug.At a silicon wafer temperature of 900 ° C., methane gas and monosilane gas were introduced into a plasma chamber, and a monocrystalline β-SiC layer of 500 μm was epitaxially grown on the silicon wafer with the following conditions inside the plasma chamber: pressure: 0.05 Pa ; Pulse voltage: 750 V; Frequency: 320 Hz and pulse width: 183 µs. The acceleration energy of silicon ions was 105 eV, whereas the acceleration energy of carbon ions 45 eV was.

Anschließend wurde der Siliziumwafer mit einer Lösung aufgelöst, in welcher eine gemischte Lösung aus Kaliumhydroxid und Natriumhydroxid mit deionisiertem Wasser verdünnt war. Als Nächstes wurden die obere und untere Oberfläche der einkristallinen β-SiC-Schicht geschliffen und poliert. Die Schleif-/Poliermarge betrug 2 µm. Somit wurde ein einkristalliner β-SiC-Wafer mit einer Dicke von 498 µm und einem Durchmesser von 300 mm erhalten.Thereafter, the silicon wafer was dissolved with a solution in which a mixed solution of potassium hydroxide and sodium hydroxide was diluted with deionized water. Next, the upper and lower surfaces of the β-SiC single crystal layer were ground and polished. The grinding / polishing margin was 2 µm. Thus, a β-SiC single crystal wafer having a thickness of 498 µm and a diameter of 300 mm was obtained.

Die Kristallinität des resultierenden Wafers wurde unter Verwendung des PL-Verfahrens (PL: Photolumineszenz), XPS („X-ray Photoelectron Spectroscopy“ bzw. Röntgenphotoelektronenspektroskopie) und TEM-Beobachtung (TEM: Transmissionselektronenmikroskopie) ausgewertet. Somit konnte die Ausbildung von kubischem SiC bestätigt werden.The crystallinity of the resulting wafer was evaluated using the PL method (PL: photoluminescence), XPS (“X-ray Photoelectron Spectroscopy” or X-ray photoelectron spectroscopy) and TEM observation (TEM: transmission electron microscopy). Thus, the formation of cubic SiC could be confirmed.

Beispiel 2Example 2

Gemäß dem in 2(A) bis 2(F) dargestellten Verfahren wurde ein einkristalliner α-SiC-Wafer mit einem Durchmesser von 300 mm unter Verwendung einer in 4 dargestellten Vorrichtung hergestellt.According to the in 2 (A) to 2 (F) A single crystal α-SiC wafer with a diameter of 300 mm using an in 4th shown device produced.

Der Siliziumwafer wurde auf dieselbe Weise präpariert wie bei Beispiel 1. Bei einer Temperatur des Siliziumwafers von 900 °C wurden Methangas und Monosilangas in eine Plasmakammer geleitet, und eine einkristalline β-SiC-Schicht von 0,5 µm wurde epitaktisch auf dem Siliziumwafer gewachsen, unter den folgenden Bedingungen innerhalb der Plasmakammer: Druck: 0,07 Pa; Pulsspannung: 890 V; Frequenz: 290 Hz und Pulsbreite: 168 µs. Die Beschleunigungsenergie von Siliziumionen betrug 125 eV, wohingegen die Beschleunigungsenergie von Kohlenstoffionen 53 eV betrug.The silicon wafer was prepared in the same manner as in Example 1. At a silicon wafer temperature of 900 ° C, methane gas and monosilane gas were introduced into a plasma chamber, and a monocrystalline β-SiC layer of 0.5 µm was epitaxially grown on the silicon wafer, under the following conditions inside the plasma chamber: pressure: 0.07 Pa; Pulse voltage: 890 V; Frequency: 290 Hz and pulse width: 168 µs. The acceleration energy of silicon ions was 125 eV, whereas the acceleration energy of carbon ions was 53 eV.

Unter denselben Bedingungen wie bei Beispiel 1, außer dass die Temperatur des Siliziumwafers 1200 °C betrug, wurde anschließend eine einkristalline α-SiC-Schicht von 500 µm epitaktisch auf der einkristallinen β-SiC-Schicht gewachsen.Then, under the same conditions as in Example 1, except that the temperature of the silicon wafer was 1200 ° C., a monocrystalline α-SiC layer of 500 μm was epitaxially grown on the monocrystalline β-SiC layer.

Anschließend wurde der Siliziumwafer mit einer Lösung aufgelöst, in welcher eine gemischte Lösung aus Kaliumhydroxid und Natriumhydroxid mit deionisiertem Wasser verdünnt war. Als Nächstes wurde die einkristalline β-SiC-Schicht durch Schleifen und Polieren entfernt. Als Nächstes wurden die obere und untere Oberfläche der einkristallinen α-SiC-Schicht geschliffen und poliert. Die Schleif-/Poliermarge betrug 3 µm. Somit wurde ein einkristalliner α-SiC-Wafer mit einer Dicke von 497 µm und einem Durchmesser von 300 mm erhalten.Thereafter, the silicon wafer was dissolved with a solution in which a mixed solution of potassium hydroxide and sodium hydroxide was diluted with deionized water. Next, the β-SiC single crystal layer was removed by grinding and polishing. Next, the upper and lower surfaces of the single crystal α-SiC layer were ground and polished. The grinding / polishing margin was 3 µm. Thus, an α-SiC single crystal wafer having a thickness of 497 µm and a diameter of 300 mm was obtained.

Die Kristallinität des resultierenden Wafers wurde unter Verwendung des PL-Verfahrens, XPS und TEM-Beobachtung ausgewertet. Somit konnte die Ausbildung von hexagonalem 4H-SiC bestätigt werden.The crystallinity of the resulting wafer was evaluated using the PL method, XPS and TEM observation. Thus, the formation of hexagonal 4H-SiC could be confirmed.

Beispiel 3Example 3

Gemäß dem in 3(A) bis 3(E) dargestellten Verfahren wurde ein einkristalliner α-SiC-Wafer mit einem Durchmesser von 300 mm unter Verwendung einer in 4 dargestellten Vorrichtung hergestellt.According to the in 3 (A) to 3 (E) A single crystal α-SiC wafer with a diameter of 300 mm using an in 4th shown device produced.

Der Siliziumwafer wurde auf dieselbe Weise wie bei Beispiel 1 präpariert. Propangas und Wasserstoffgas wurden in einen Wärmebehandlungsofen eingeführt, und die Karbonisierung wurde in der Kohlenstoffatmosphäre bei einer Temperatur des Siliziumwafers von 1200 °C für 3 Minuten durchgeführt. Ein Oberflächenabschnitt (20 nm) des Siliziumwafers wurde zu einer einkristallinen β-SiC-Schicht.The silicon wafer was prepared in the same manner as in Example 1. Propane gas and hydrogen gas were introduced into a heat treatment furnace, and carbonization was carried out in the carbon atmosphere at a silicon wafer temperature of 1200 ° C. for 3 minutes. A surface portion (20 nm) of the silicon wafer became a monocrystalline β-SiC layer.

Bei einer Temperatur des Siliziumwafers von 1200 °C wurden Methangas und Monosilangas in einer Plasmakammer geleitet, und eine einkristalline α-SiC-Schicht von 500 µm wurde epitaktisch auf der einkristallinen β-SiC-Schicht des Siliziumwafers gewachsen, mit den folgenden Bedingungen innerhalb der Plasmakammer: Druck: 0,1 Pa; Pulsspannung: 940 V; Frequenz: 270 Hz und Pulsbreite: 140 µs. Die Beschleunigungsenergie der Siliziumionen betrug 132 eV, wohingegen die Beschleunigungsenergie der Kohlenstoffionen 56 eV betrug.At a silicon wafer temperature of 1200 ° C, methane gas and monosilane gas were passed into a plasma chamber, and a single crystal α-SiC layer of 500 µm was epitaxially grown on the single crystal β-SiC layer of the silicon wafer with the following conditions inside the plasma chamber : Pressure: 0.1 Pa; Pulse voltage: 940 V; Frequency: 270 Hz and pulse width: 140 µs. The acceleration energy of the silicon ions was 132 eV, whereas the acceleration energy of the carbon ions was 56 eV.

Anschließend wurde der Siliziumteil mit einer Lösung aufgelöst, in welcher eine gemischte Lösung aus Kaliumhydroxid und Natriumhydroxid mit deionisiertem Wasser verdünnt war. Als Nächstes wurde die einkristalline β-SiC-Schicht durch Schleifen und Polieren entfernt. Als Nächstes wurden die obere und untere Oberfläche jeder einkristallinen α-SiC-Schicht geschliffen und poliert. Die Schleif-/Poliermarge betrug 3 µm. Somit wurde der einkristalline α-SiC-Wafer mit einer Dicke von 497 µm und einem Durchmesser von 300 mm erhalten.Then, the silicon part was dissolved with a solution in which a mixed solution of potassium hydroxide and sodium hydroxide was diluted with deionized water. Next, the β-SiC single crystal layer was removed by grinding and polishing. Next, the upper and lower surfaces of each α-SiC single crystal layer were ground and polished. The grinding / polishing margin was 3 µm. Thus, the α-SiC single crystal wafer having a thickness of 497 µm and a diameter of 300 mm was obtained.

Die Kristallinität des resultierenden Wafers wurde unter Verwendung des PL-Verfahrens, XPS und TEM-Beobachtung ausgewertet. Somit konnte die Ausbildung von hexagonalem 4H-SiC bestätigt werden.The crystallinity of the resulting wafer was evaluated using the PL method, XPS and TEM observation. Thus, the formation of hexagonal 4H-SiC could be confirmed.

VergleichsbeispielComparative example

Ein durch ein Sublimationsverfahren gewachsener α-SiC-Einkristall-Ingot wurde geschliffen und prozessiert, um einen α-SiC-Wafer mit einem Durchmesser von 100 mm zu erhalten. Auf diesem α-SiC-Wafer wurde bei einer Temperatur des Wafers von 1580 °C durch einen typischen CVD-Prozess epitaktisch eine einkristalline α-SiC-Schicht von 10 µm gewachsen. Für die hierbei erhaltene einkristalline SiC-Schicht wird eine hohe Kristallinität erwartet.An α-SiC single crystal ingot grown by a sublimation method was ground and processed to obtain an α-SiC wafer having a diameter of 100 mm. A monocrystalline α-SiC layer of 10 μm was epitaxially grown on this α-SiC wafer at a temperature of the wafer of 1580 ° C. using a typical CVD process. A high crystallinity is expected for the monocrystalline SiC layer obtained in this way.

Auswertungevaluation

Drei SiC-Wafer wurden gemäß jedem der Beispiele und dem Vergleichsbeispiel hergestellt, und deren Oberflächenintegrität wurde unter Verwendung einer Laserstreuung-Defektinspektionsvorrichtung ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Anzahl von Defekten mit einer Größe von 10 µm oder mehr in jedem Wafer (Anzahl/cm2) wurde bestimmt. Tabelle 1 zeigt, dass bei Beispiel 1 bis 3 sowie bei dem Vergleichsbeispiel eine hohe Kristallinität erreicht wurde. Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Vergleichsbeispiel Erster einkristalliner SiC-Wafer 0,87 0,89 1,05 0,88 Zweiter einkristalliner SiC-Wafer 0,99 0,77 0,96 0,91 Dritter einkristalliner SiC-Wafer 0,95 1,08 0,75 1,10 (Einheit: Anzahl/cm2) Three SiC wafers were manufactured according to each of the examples and the comparative example, and their surface integrity was evaluated using a laser scattering defect inspection device. The results are shown in Table 1. The number of defects with a size of 10 µm or more in each wafer (number / cm 2 ) was determined. Table 1 shows that in Examples 1 to 3 and in the comparative example, a high crystallinity was achieved. example 1 Example 2 Example 3 Comparative example First monocrystalline SiC wafer 0.87 0.89 1.05 0.88 Second monocrystalline SiC wafer 0.99 0.77 0.96 0.91 Third single crystal SiC wafer 0.95 1.08 0.75 1.10 (Unit: number / cm 2 )

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEITINDUSTRIAL APPLICABILITY

Das hierin offenbart Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers ist geeignet für Wafer mit einen großem Durchmesser und ermöglicht es, einen einkristallinen SiC-Wafer mit einer hohen Kristallinität zu erhalten.The method disclosed herein for manufacturing a monocrystalline SiC wafer is suitable for wafers having a large diameter and enables a monocrystalline SiC wafer having a high crystallinity to be obtained.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
SiliziumwaferSilicon wafer
10A10A
einkristalline β-SiC-Schichtmonocrystalline β-SiC layer
1212th
einkristalline β-SiC-Schichtmonocrystalline β-SiC layer
1414th
einkristalline α-SiC-Schichtmonocrystalline α-SiC layer
100100
einkristalliner β-SiC-Wafersingle crystal β-SiC wafer
200, 300200, 300
einkristalliner α-SiC-Wafersingle crystal α-SiC wafer
4040
PlasmaionenbestrahlungsvorrichtungPlasma ion irradiation apparatus
4141
PlasmakammerPlasma chamber
4242
GaseinlassGas inlet
4343
VakuumpumpeVacuum pump
4444
PulsspannungsanwendungsmittelPulse voltage application means
4545
WaferhaltetischWafer holding table
4646
Heizungheater

Claims (7)

Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers (100; 200; 300), umfassend: einen ersten Schritt, bei welchem eine einkristalline SiC-Schicht (12; 14) epitaktisch auf einem Siliziumwafer (10) gewachsen wird; und einen zweiten Schritt, bei welchem der Siliziumwafer (10) entfernt wird, um einen durch die einkristalline SiC-Schicht (12; 14) gebildeten einkristallinen SiC-Wafer (100; 200; 300) zu erhalten, wobei der erste Schritt umfasst: Befestigen des Siliziumwafers (10) an einem Waferhaltetisch (45) in einer Kammer (41), Reduzieren des Drucks innerhalb der Kammer (41) und dann Einführen des Quellgases, welches Kohlenstoff und Silizium enthält, in die Kammer (41), danach Aufheizen des Siliziumwafers (10), und nach dem Aufheizen des Siliziumwafers (10), Anlegen einer negativen Pulsspannung an den Siliziumwafer (10), wobei die Pulsspannung 10 V oder mehr und 1 kV oder weniger beträgt, die Frequenz der Pulsspannung 10 Hz oder mehr und 10 kHz oder weniger ist und eine Pulsbreite der Pulsspannung 1 µs oder mehr und 1000 µs oder weniger ist, während die Temperatur des Siliziumwafers (10) bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts von Silizium gehalten wird, wodurch, während ein Plasma des Quellgases, welches Kohlenstoff und Silizium enthält, erzeugt wird, die Ionen in dem Plasma in Richtung des Siliziumwafers (10) beschleunigt werden und der Siliziumwafer (10) mit den beschleunigten Ionen bestrahlt wird, wobei ein Verhältnis der Beschleunigungsenergien der Siliziumionen und der Kohlenstoffionen 7:3 ist.A method for producing a monocrystalline SiC wafer (100; 200; 300), comprising: a first step in which a monocrystalline SiC layer (12; 14) is grown epitaxially on a silicon wafer (10); and a second step in which the silicon wafer (10) is removed in order to obtain a monocrystalline SiC wafer (100; 200; 300) formed by the monocrystalline SiC layer (12; 14), wherein the first step comprises: Fixing the silicon wafer (10) to a wafer holding table (45) in a chamber (41), Reducing the pressure within the chamber (41) and then introducing the source gas, which contains carbon and silicon, into the chamber (41), then heating the silicon wafer (10), and after heating the silicon wafer (10), applying a negative pulse voltage to the silicon wafer (10), wherein the pulse voltage is 10 V or more and 1 kV or less, the frequency of the pulse voltage is 10 Hz or more and 10 kHz or less and a Pulse width of the pulse voltage is 1 µs or more and 1000 µs or less while the temperature of the silicon wafer (10) is kept at a temperature below the melting point of silicon, whereby a plasma of the source gas containing carbon and silicon is generated, the ions in the plasma are accelerated in the direction of the silicon wafer (10) and the silicon wafer (10) is irradiated with the accelerated ions, a ratio of the acceleration energies of the silicon ions and the carbon ions being 7: 3. Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers (100) nach Anspruch 1, wobei bei dem ersten Schritt eine einkristalline β-SiC-Schicht (12) epitaktisch auf dem Siliziumwafer (10) gewachsen wird, wodurch ein durch die einkristalline β-SiC-Schicht (12) gebildeter einkristalliner β-SiC-Wafer hergestellt wird.Method for producing a monocrystalline SiC wafer (100) according to Claim 1 wherein in the first step a monocrystalline β-SiC layer (12) is epitaxially grown on the silicon wafer (10), whereby a monocrystalline β-SiC wafer formed by the monocrystalline β-SiC layer (12) is produced. Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers (100) nach Anspruch 2, wobei bei dem ersten Schritt die Temperatur des Siliziumwafers (10) bei 800 °C bis 1000 °C gehalten wird.Method for producing a monocrystalline SiC wafer (100) according to Claim 2 wherein in the first step the temperature of the silicon wafer (10) is maintained at 800 ° C to 1000 ° C. Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers (200) nach Anspruch 1, wobei bei dem ersten Schritt eine einkristalline β-SiC-Schicht (12) epitaktisch auf dem Siliziumwafer (10) gewachsen wird und anschließend eine einkristalline α-SiC-Schicht (14) epitaktisch auf der einkristallinen β-SiC-Schicht (12) gewachsen wird, und die einkristalline β-SiC-Schicht (12) nach dem zweiten Schritt entfernt wird, wodurch ein durch die einkristalline α-SiC-Schicht (14) gebildeter einkristalliner α-SiC-Wafer hergestellt wird.Method for producing a monocrystalline SiC wafer (200) according to Claim 1 , wherein in the first step a monocrystalline β-SiC layer (12) is grown epitaxially on the silicon wafer (10) and then a monocrystalline α-SiC layer (14) is grown epitaxially on the monocrystalline β-SiC layer (12) and the β-SiC monocrystalline layer (12) is removed after the second step, whereby a α-SiC monocrystalline wafer formed by the α-SiC monocrystalline layer (14) is produced. Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers (200) nach Anspruch 4, wobei bei dem ersten Schritt die Temperatur des Siliziumwafers (10) während des Wachsens der einkristallinen β-SiC-Schicht (12) bei 800 °C bis 1000 °C gehalten wird und während des Wachsens der einkristallinen α-SiC-Schicht (14) bei 1000 °C bis 1300 °C gehalten wird.Method for producing a monocrystalline SiC wafer (200) according to Claim 4 , wherein in the first step the temperature of the silicon wafer (10) during the growth of the monocrystalline β-SiC layer (12) is kept at 800 ° C to 1000 ° C and is kept at 1000 ° C to 1300 ° C while the monocrystalline α-SiC layer (14) is growing. Verfahren zur Herstellung eines einkristalline SiC-Wafers (300) nach Anspruch 1, wobei vor dem ersten Schritt der Siliziumwafer (10) karbonisiert wird, um in einem Oberflächenabschnitt des Siliziumwafers (10) eine einkristalline β-SiC-Schicht (10A) auszubilden, und bei dem ersten Schritt eine einkristalline α-SiC-Schicht (14) epitaktisch auf der einkristallinen β-SiC-Schicht (10A) des Siliziumwafers (10) gewachsen wird, wodurch ein durch die einkristalline α-SiC-Schicht (14) gebildeter einkristalliner α-SiC-Wafer (300) hergestellt wird.Method for producing a monocrystalline SiC wafer (300) according to Claim 1 , wherein before the first step the silicon wafer (10) is carbonized in order to form a monocrystalline β-SiC layer (10A) in a surface section of the silicon wafer (10), and in the first step a monocrystalline α-SiC layer (14) is epitaxially grown on the monocrystalline β-SiC layer (10A) of the silicon wafer (10), whereby a monocrystalline α-SiC wafer (300) formed by the monocrystalline α-SiC layer (14) is produced. Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen SiC-Wafers (300) nach Anspruch 6, wobei bei dem ersten Schritt die Temperatur des Siliziumwafers (10) bei 1000 °C bis 1300 °C gehalten wird.Method for producing a monocrystalline SiC wafer (300) according to Claim 6 wherein in the first step the temperature of the silicon wafer (10) is kept at 1000 ° C to 1300 ° C.
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